JP2013185989A - 濃度測定センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外部デバイスと接続するための接続端子の劣化を抑制することができる濃度測定センサを提供する。
【解決手段】濃度測定センサ１０は絶縁性基材１２と、基材１２上に設けられた一対の配線部１３ａ、１３ｂと、一方の配線部１３ａの一端に接続された作用電極１４ａと、他方の配線部１３ｂの一端に接続された対電極１４ｂと、一対の配線部１３ａ、１３ｂの他端に接続された接続端子１５ａ、１５ｂとを備えている。一対の配線部１３ａ、１３ｂを覆って、絶縁層１６が設けられている。一対の配線部１３ａ、１３ｂはＡｇからなり、作用電極１４ａ、対電極１４ｂ、接続端子１５ａ、１５ｂはカーボンを含む導電性ペーストをスクリーン印刷法により絶縁性基材上に塗布することにより得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、物質の濃度を測定するための濃度測定センサ及びその製造方法に関する。

血液等の生体試料中の特定成分について迅速かつ簡便に濃度等を測定する方法として、電気化学的検出手段によるセンサ（濃度測定センサ）が実用化されている。このようなセンサの一例として、電気化学的に血液中のグルコースを定量化するグルコースセンサがある。

グルコースセンサでは、基材と、基材上に設けられた作用電極と対電極を含む電極系と、酵素及び電子受容体とを基本構成として備えている。酵素は血液中のグルコースを選択的に酸化してグルコン酸を生成し、また同時に電子受容体を還元して還元体を生じる。この還元体に外部デバイスから電極系へ一定の電圧を印加することで還元体が再び酸化され、その際に電流が発生する。この電流値が血液中のグルコース濃度に依存することから、血液中のグルコースを定量化して測定することができる。

従来、グルコースセンサを製造する時、絶縁性基板に銀を含むペーストをスクリーン印刷してリード配線を形成し、リード配線の先端にカーボンを主成分とするペーストをスクリーン印刷して塗布して作用電極と対電極を含む電極系を形成している。その後、電極系とリード配線の接続端子となる部位が露出するよう絶縁層を積層することにより、グルコースセンサが得られる（特許文献１参照）。

特開２００６−２７５８１９号

しかしながら、従来のセンサでは金属製のリード配線の端部を露出させて、外部デバイスと接続するための接続端子を設けるため、この接続端子が外気に触れて表面が酸化し、外部デバイスとの電気的な接触不良が生じる虞があった。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、外部デバイスと接続するための接続端子の劣化を抑制することができる濃度測定センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、溶液中の物質の濃度を測定するための濃度測定センサにおいて、少なくとも一方の面が絶縁性をもつ絶縁面となる基材と、基材の絶縁面上に設けられた金属材料からなる一対の配線部と、一方の配線部の一端に接続された作用電極および他方の配線部の一端に接続された対電極と、各配線部の他端に接続された導電材料からなる接続端子と、各配線部を作用電極、対電極および一対の接続端子が外方へ露出した状態で覆う絶縁層とを備え、各接続端子は対応する配線部の他端に設けられるとともに、配線部の金属材料より酸化しにくい導電材料からなることを特徴とする濃度測定センサである。

本発明は、各接続端子は、対応する配線部の他端上に導電性被膜を積層することにより形成されることを特徴とする濃度測定センサである。

本発明は、各配線部の金属材料は、各接続端子の導電材料よりも導電性が高いことを特徴とする濃度測定センサである。

本発明は、各配線部の金属材料は、Ａｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａから選択される１種以上を含むことを特徴とする濃度測定センサである。

本発明は、各接続端子の導電材料は、カーボンであることを特徴とする濃度測定センサである。

本発明は、溶液中の物質の濃度を測定するための濃度測定センサの製造方法において、少なくとも一方の面が絶縁性をもつ絶縁面となる基材を準備する工程と、基材の絶縁面上に、金属材料からなる一対の配線部を形成する工程と、配線部の金属材料よりも酸化しにくい導電材料を含む導電性ペーストをスクリーン印刷法により塗布し、一方の配線部の一端に作用電極を設けるとともに他方の配線部の一端に対電極を設け、同時に各配線部の他端に各々接続端子を設ける工程と、各配線部を作用電極、対電極および一対の接続端子が外方へ露出した状態で覆う絶縁層を設ける工程と、を備えたことを特徴とする濃度測定センサの製造方法である。

本発明は、一対の配線部の他端上に導電性ペーストを塗布して導電性被膜を積層することにより、各接続端子を設けることを特徴とする濃度測定センサの製造方法である。

本発明は、各配線部の金属材料は、各接続端子の導電材料よりも導電性が高いことを特徴とする濃度測定センサの製造方法である。

本発明は、各配線部の金属材料は、Ａｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａから選択される１種以上を含むことを特徴とする濃度測定センサの製造方法である。

本発明は、各接続端子の導電材料は、カーボンであることを特徴とする濃度測定センサの製造方法である。

本発明によれば、各配線部の他端に設けられ外部デバイスと接続する接続端子の劣化を抑制した濃度測定センサを提供することができる。

また、本発明によれば、従来の製造工程に対して工程増を招くことなく、外部デバイスと接続する接続端子の劣化を抑制した濃度測定センサを容易に製造することができる。

図１は本発明による濃度測定センサを示す分解斜視図。 図２は本発明による濃度測定センサの製造工程を示す図。 図３は本発明による濃度測定センサの製造工程を示す図。 図４は本発明による濃度測定センサの製造工程を示す図。 図５は濃度測定センサと外部デバイスとを示す斜視図。 図６は配線部、作用電極、対電極、および接続端子を示す図。 図７（ａ）−（ｃ）は図６のＡ−Ａ線断面図。 図８（ａ）−（ｃ）は図６のＢ−Ｂ線断面図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１乃至図６は本発明による濃度測定センサおよびその製造方法の実施の形態を示す図である。

まず図１により濃度測定センサの一実施の形態について説明する。図１に示すように、濃度測定センサ１０は溶液中の物質の濃度を測定するものであり、例えば血液中のグルコースの濃度を測定することにより、血糖値を検出するものである。

このような濃度測定センサ１０は、ベース基体１１と、ベース基体１１上に設けられた絶縁性基材１２と、絶縁性基材１２の上面（絶縁性をもつ絶縁面）１２ａ上に設けられた一対の配線部１３ａ、１３ｂと、一方の配線部１３ａの一端に接続された作用電極１４ａと、他方の配線部１３ｂの一端に接続された対電極１４ｂとを備えている。

このうち、絶縁性基材１２により、上面１２ａが絶縁面となる基材を構成する。

また絶縁性基材１２は、剛性をもつベース基体１１により保持されている。

また作用電極１４ａと対電極１４ｂとにより、被測定溶液が接触する電極系１４が構成されている。

さらに一対の配線部１３ａ、１３ｂの他端上には、各々接続端子１５ａ、１５ｂが接続されている。

この接続端子１５ａ、１５ｂは、濃度測定センサ１０を後述のように、外部デバイス２５の挿入口２６内に挿入した際、外部デバイス２５側の接続部（図示せず）に接続される（図５）。

また一対の配線部１３ａ、１３ｂを覆って絶縁層１６が設けられている。この絶縁層１６は作用電極１３ａ、対電極１３ｂおよび一対の接続端子１５ａ、１５ｂを外方へ露出するよう一対の配線部１３ａ、１３ｂを覆っている。

さらに絶縁層１６上に、絶縁性材料からなり、外部からの被測定対象となる血液を作用電極１３ａおよび対電極１３ｂへ導く吸引口１７ａを有するキャビティ１７が設けられている。またキャビティ１７上には絶縁性材料からなるカバー１９が設けられ、キャビティ１７とカバー１９とによって、グリコース酸化酵素を含む試薬層１８が保持されている。

次に各部の構成部材について説明する。

ベース基体１１
ベース基体１１は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂製であり、なかでもより好適にはＰＥＴ製となっており、その厚みは５０μｍ以上１ｍｍ以下となっている。

絶縁性基材１２
絶縁性基材１２は、一対の配線部１３ａ、１３ｂと、作用電極１４ａおよび対電極１４ｂからなる電極系１４とを支持する基材であり、少なくとも電極系１４が配置される面は絶縁面となっている。基材１２は、例えば、樹脂基材、セラミック基材、ガラス基材、少なくとも表面が絶縁された半導体基材や金属基材などを用いることができる。基材１２は、剛体であってもよく、弾性体であってもよい。中でも電気絶縁性を有する弾性体を用いることが好ましく、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂等のフィルムを好適に用いることができる。

また絶縁性基材１２は、例えば、１２μｍ〜２００μｍ程度の厚みをもつ。

配線部１３ａ、１３ｂ
配線部１３ａ、１３ｂは、後述する接続端子よりも導電性が高い金属材料とすることが好ましく、例えばＡｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａから選択される金属材料からなり、絶縁性基材１２上に例えばＡｇを５０ｎｍ厚でパターン状に蒸着することにより得られる。

作用電極１４ａおよび対電極１４ｂ
作用電極１４ａおよび対電極１４ｂは、配線部１３ａ、１３ｂの金属材料よりも酸化しにくい導電材料、例えばカーボンを含む導電性ペーストをスクリーン印刷により絶縁性基材１２の絶縁面１２ａ上に塗布することにより得られる。この場合、導電性ペーストは配線部１３ａ、１３ｂ上に重ねて積層され、配線部１３ａの一端に作用電極１４ａが形成され、配線部１３ｂの一端に対電極１４ｂが形成される。

接続端子１５ａ、１５ｂ
接続端子１５ａ、１５ｂは作用電極１４ａおよび対電極１４ｂと同時に形成されることが好ましい。

すなわち、配線部１３ａ、１３ｂの金属材料よりも酸化しにくい導電材料、例えばカーボンを含む導電性ペーストをスクリーン印刷により絶縁性基材１２の絶縁面１２ａ上に塗布することにより、接続端子１５ａ、１５ｂを作用電極１４ａおよび対電極１４ｂと同時に形成することができる。

この場合、導電性ペーストは、配線部１３ａ、１３ｂ上に重ねて積層され、配線部１３ａ、１３ｂの他端に各々接続端子１５ａ、１５ｂが形成される。

絶縁層１６
絶縁層１６は例えば、光硬化性樹脂を用いることができ、より具体的にはアクリルオリゴマーからなるレジスト樹脂層からなり、一対の配線部１３ａ、１３ｂを覆ってパターン状に設けられている。

試薬層１８
試薬層１８は酵素と電子受容体を含み、本実施の形態では酵素としてグルコース酸化還元酵素を含んでおり、血液中のグルコースの濃度を測定することができる。しかしながら試薬層１８はグルコース酸化酵素以外の酵素を含んでいてもよい。

試薬層１８はグルコース酸化酵素以外の酵素、例えばコレステロールセンサ、アルコールセンサ、スクロールセンサ、乳酸センサ、フルクトースセンサとして機能する酵素を含んでいてもよい。この場合、各センサに用いる酵素としては、コレステロールエステラーゼ、コレステロールオキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ、乳酸オキシダーゼ、フルクトースデヒドロゲナーゼ、キサンチンオキシダーゼ、アミノ酸オキシダーゼ等の反応系に合ったものを適宜用いることができる。

キャビティ１７およびカバー１９
キャビティ１７およびカバー１９は、絶縁性基材１２と同様の材料から形成することができ、キャビティ１７およびカバー１９の厚みは各々１００μｍ以上３００μｍ以下および５０μｍ以上１００μｍ以下となっている。

次に図６乃至図８により、配線部１３ａ、１３ｂ、作用電極１４ａおよび対電極１４ｂ、接続端子１５ａ、１５ｂの積層関係について説明する。

ここで図６は絶縁性基材１２上に設けられた一対の配線部１３ａ、１３ｂを単純化して示す図であり、図７は図６のＡ−Ａ線断面図であり、図８は図６のＢ−Ｂ線断面図である。

作用電極１４ａおよび対電極１４ｂは、配線部１３ａ、１３ｂを完全に覆うよう積層されていてもよい（図７（ａ））。また作用電極１４ａおよび対電極１４ｂは、配線部１３ａ、１３ｂの一部が外方へ露出するよう配線部１３ａ、１３ｂ上に積層されていてもよい（図７（ｂ））。さらに作用電極１４ａおよび対電極１４ｂは配線部１３ａ、１３ｂに隣接するよう絶縁性基材１２上に形成されていてもよい（図７（ｃ））。

また一対の接続端子１５ａ、１５ｂは配線部１３ａ、１３ｂを完全に覆うよう積層されていてもよい（図８（ａ））。また一対の接続端子１５ａ、１５ｂは配線部１３ａ、１３ｂの一部が外方へ露出するよう配線部１３ａ、１３ｂ上に積層されていてもよい（図８（ｂ））。さらに一対の接続端子１５ａ、１５ｂは、配線部１３ａ、１３ｂに隣接するよう絶縁性基材１２上に形成されていてもよい（図８（ｃ））。上記によれば、接続端子１５ａ、１５ｂが配線部１３ａ、１３ｂを覆う、又は接続端子１５ａ、１５ｂの厚さが配線部１３ａ、１３ｂの厚さよりも大きいため、例えば、取扱い時において配線部１３ａ、１３ｂの擦過などを防止することができる。

次に濃度測定センサの製造方法について説明する。

まずベース基体１１上に絶縁性基材１２を貼り合わせてなる基材１１、１２が準備される。この場合、絶縁性基材１２のみで剛性を有する場合、ベース基体１１を必ずしも用いる必要はない。

次に図２に示すように絶縁性基材１２の絶縁性をもつ一方の面（絶縁面）１２ａ上にＡｇを５０ｎｍ厚でパターン状に蒸着する。このことにより、絶縁性基材１２の絶縁面１２ａ上に複数組の一対の配線部１３ａ、１３ｂを形成する。図２において、６組の一対の配線部１３ａ、１３ｂが示されている。なお、ロール原反として絶縁性基材を供給する場合には、一対の配線部１３ａ、１３ｂを形成した後でベース基体１１と絶縁性基材１２とを一体化することが好ましい。ロール状態での絶縁性基材の巻数を増やすことができ、生産性を向上させることができるからである。

次に図３に示すように、一対の配線部１３ａ、１３ｂのうち、一方の配線部１３ａの一端に作用電極１４ａが設けられ、他方の配線部１３ｂの一端に対電極１４ｂが設けられる。同時に一対の配線部１３ａ、１３ｂの他端に、一対の接続端子１５ａ、１５ｂが設けられる。

具体的には、図３において、一対の配線部１３ａ、１３ｂの金属材料（Ａｇ）よりも酸化しにくい導電材料、例えばカーボンを含む導電ペーストを準備し、この導電ペーストをスクリーン印刷法により絶縁性基材１２の絶縁面１２ａ上に塗布する。

このように導電ペーストを絶縁性基材１２の絶縁面１２ａ上に塗布することにより、導電性ペーストが一対の配線部１３ａ、１３ｂ上に重ねて積層され、一方の配線部１３ａの一端に作用電極１４ａが形成され、他方の配線部１３ｂの一端に対電極１４ｂが形成される。また、スクリーン印刷法により接続端子１５ａ、１５ｂを形成するので、接続端子１５ａ、１５ｂを配線部１３ａ、１３ｂよりも厚膜にすることができる。

また一対の配線部１３ａ、１３ｂの他端に一対の接続端子１５ａ、１５ｂが同時に形成されることが好ましい。

その後、一対の配線部１３ａ、１３ｂを覆って絶縁層１６がパターン状に形成される。この場合、作用電極１４ａ、対電極１４ｂおよび一対の接続端子１５ａ、１５ｂは絶縁層１６により覆われることなく外方へ露出する。

次に絶縁層１６上にキャビティ１７を設け、キャビティ１７上に試薬層１８を設ける。その後、試薬層１８上にカバー１９を設けて試薬層１８をキャビティ１７とカバー１９との間で挟持する。

このようにして濃度測定センサ１０が得られる。

次に濃度測定センサ１０を用いた濃度測定について説明する。

まず濃度測定センサ１０が外部デバイス２５の挿入口２６内に挿入される。このとき外部デバイス２５側の接続部が濃度測定センサ１０の接続端子１５ａ、１５ｂにそれぞれ接触する。そして、外部デバイス２５内のスイッチ（図示せず）が濃度測定センサ１０により作動し、外部デバイス２５は液体試料吸引待機状態となる。

その後、使用者が、濃度測定センサ１０のキャビティ１７の吸引口１７ａに液体試料を付着させる。このときキャビティ１７の吸引口１７ａの毛細管現象によって、キャビティ１７の吸引口１７ａから液体試料が引き込まれる。液体試料としては、例えば、血液、汗、尿等の生体由来の液体試料や、環境由来の液体試料、食品由来の液体試料等が用いられる。例えば、濃度測定センサ１０を血糖値センサとして用いる場合、使用者は、自身の指、掌、又は腕等を穿刺して、少量の血液を搾り出し、この血液を液体試料として、キャビティ１７の吸引口１７ａに付着させる。

キャビティ１７の吸引口１７ａに付着された血液は、その後試薬層１８に達し、血液が試薬層１８に達した後、血液中のグリコース濃度が外部デバイス２５により測定され、測定結果は外部デバイス２５の表示部２７に表示される。

次に外部デバイス２５によるグリコース濃度の測定の原理について述べる。

まず試薬層１８はグリコース酸化還元酵素と、電子受容体としてフェリシアン化カリウムを含み、血液中のブドウ糖と特異的に反応し、グルコン酸と電子を発する。この電子はフェリシアン化カリウムをフェロシアン化カリウムとし、これに外部デバイス２５側から接続端子１５ａ、１５ｂ、配線部１３ａ、１３ｂ、および作用電極１４ａおよび対電極１４ｂを介して一定の電圧を加えることで再びフェリシアン化カリウムとなり、そのとき電流が発生する。この場合の電流値は血液中のグリコース濃度に比例するため、この電流値を外部デバイス２５により測定することによりグリコース濃度を測定することができる。

試薬層１８内での反応を更に述べる。酸化還元酵素としてグルコースオキシダーゼ（ＧＯＤ）、電子伝達体としてフェリシアン化カリウム（Ｋ３Ｆｅ（ＣＮ）６）を用いた場合、試薬層１８内において、以下の反応がおこる。

グルコース ＋ ２［Ｆｅ（ＣＮ）６］３− ＋ Ｈ２Ｏ →グルコン酸 ＋２Ｈ＋ ＋ ２［Ｆｅ（ＣＮ）６］４−

このとき、フェロシアン化イオンは、作用電極１４ａで酸化されて酸化電流を生じ、以下のようにしてフェリシアン化イオンに還元される。

２［Ｆｅ（ＣＮ）６］４− → ２［Ｆｅ（ＣＮ）６］３− ＋ ２ｅ−

測定終了後、使用者は濃度測定センサ１０を外部デバイス２５の挿入口２６から引き抜く。

以上のように本実施の形態によれば、一対の配線部１３ａ、１３ｂの他端に各々接続端子１５ａ、１５ｂを設けるとともに、各接続端子１５ａ、１５ｂは配線部１３ａ、１３ｂの金属材料（Ａｇ）よりも酸化しにくいカーボン等の導電材料から形成されている。このため、使用中に接続端子１５ａ、１５ｂが劣化することはなく、接続端子１５ａ、１５ｂと外部デバイス２５内の接続部と接触不良を起こすことなく、血液中のグリコース濃度を精度良く測定することができる。

Claims (10)

1. 溶液中の物質の濃度を測定するための濃度測定センサにおいて、
   少なくとも一方の面が絶縁性をもつ絶縁面となる基材と、
   基材の絶縁面上に設けられた金属材料からなる一対の配線部と、
   一方の配線部の一端に接続された作用電極および他方の配線部の一端に接続された対電極と、
   各配線部の他端に接続された導電材料からなる接続端子と、
   各配線部を作用電極、対電極および一対の接続端子が外方へ露出した状態で覆う絶縁層とを備え、
   各接続端子は対応する配線部の他端に設けられるとともに、配線部の金属材料より酸化しにくい導電材料からなることを特徴とする濃度測定センサ。
2. 各接続端子は、対応する配線部の他端上に導電性被膜を積層することにより形成されることを特徴とする請求項１記載の濃度測定センサ。
3. 各配線部の金属材料は、各接続端子の導電材料よりも導電性が高いことを特徴とする請求項１又は２記載の濃度測定センサ。
4. 各配線部の金属材料は、Ａｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａから選択される１種以上を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の濃度測定センサ。
5. 各接続端子の導電材料は、カーボンであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の濃度測定センサ。
6. 溶液中の物質の濃度を測定するための濃度測定センサの製造方法において、
   少なくとも一方の面が絶縁性をもつ絶縁面となる基材を準備する工程と、
   基材の絶縁面上に、金属材料からなる一対の配線部を形成する工程と、
   配線部の金属材料よりも酸化しにくい導電材料を含む導電性ペーストをスクリーン印刷法により塗布し、一方の配線部の一端に作用電極を設けるとともに他方の配線部の一端に対電極を設け、同時に各配線部の他端に各々接続端子を設ける工程と、
   各配線部を作用電極、対電極および一対の接続端子が外方へ露出した状態で覆う絶縁層を設ける工程と、を備えたことを特徴とする濃度測定センサの製造方法。
7. 一対の配線部の他端上に導電性ペーストを塗布して導電性被膜を積層することにより、各接続端子を設けることを特徴とする請求項６記載の濃度測定センサの製造方法。
8. 各配線部の金属材料は、各接続端子の導電材料よりも導電性が高いことを特徴とする請求項６又は７記載の濃度測定センサの製造方法。
9. 各配線部の金属材料は、Ａｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａから選択される１種以上を含むことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項記載の濃度測定センサの製造方法。
10. 各接続端子の導電材料は、カーボンであることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか一項記載の濃度測定センサの製造方法。

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